8. Шумовые свойства антенно-фидерной системы

Шумы ВЦ с транзисторным каскадом при ненастроенной антенне. Реальная чувствительность приемника, работающего от открытой антенны, может быть получена из (1.18) при подстановке

Дж/град; К;.

[В/м], (4.0)

где – коэффициент шума радиоприемника;– шумовая полоса пропускания приемника;– отношение сигнал/помеха (по напряжению) на выходе радиочастотного тракта приемника. Значение коэффициента различимостиопределяется типом модуляции радиосигнала и назначением радиоприемного устройства.

Для радиоприемников АМ-сигналов , для ЧМ-приемников, где– отношение сигнал/помеха на выходе детектора радиоприемника, заданное в зависимости от необходимого качества работы (например, для вещательных радиоприемников 20 дБ);– глубина амплитудной модуляции;;– девиация частоты, принятая при измерении чувствительности;– наибольшая допустимая девиация частоты;– выигрыш в помехоустойчивости при переходе от АМ к ЧМ при флюктуационных помехах, где индекс частотной модуляции;– максимальная модулирующая частота.

Допуская для приемников умеренно высоких частот , получим выражение для реальной чувствительности

[В/м]. (4.0)

При работе от ферритовой антенны чувствительность задают как напряженность поля:

[В/м], (4.0)

где – коэффициент шума ВЦ с первым транзистором.

Для определения используем эквивалентную схему (рис. 4.21), гдеи– приведенные ко входу активного элемента активные проводимости контура иА, В – трансформированная со стороны входа реактивная проводимость.

Рис. 4.21  Эквивалентная схема ВЦ с ненастроенной антенной

Для одноконтурной входной цепи коэффициент шума [1]

, (4.0)

где – коэффициент шума транзистора, который работает от генератора с внутренней проводимостью;– сопротивление потерь катушки связи.

Коэффициент шума первого транзистора зависит от его параметров, режима по постоянному току (напряжение на коллекторе Е_К0 , тока эмиттера I_ЭО), вида каскада (усилительный или преобразовательный), рабочей частоты f₀, а также от проводимости генератора G_Г. Зависимость от величиныG_Г имеет минимум [24]:

, . (4.0)

В диапазоне , где– граничная частота транзистора по коэффициенту передачи по току в схеме с общей базой (). Для определения можно использовать приближенные формулы:

; (4.0)

; (4.0)

, (4.0)

где – сопротивление эмиттерногоp-n перехода; – сопротивление базовой области транзистора; – коэффициент усиления по току в схеме с общей базой на низких частотах; D = 1…5 – дробовый коэффициент, зависящий от качества и технологии изготовления транзистора.

При работе транзистора в преобразовательном режиме его коэффициент шума существенно возрастает по сравнению с режимом усиления и достигает величины  4 . Минимизация шумов транзистора, в соответствии с условием (4.65), может быть обеспечена за счет подбора связи контура с транзистором:

, (4.0)

где ,– проводимость и эквивалентная добротность контура, нагруженного цепью антенны.

Другой путь уменьшения шумов ВЦ – оптимизация связи между контуром и антенной. Как видно из выражения (4. 56), уровень шумов падает с увеличением отношения

(4.0)

пропорционально квадрату коэффициента связи. Падение шумов ВЦ при увеличении объясняется ухудшением добротности входного контура за счет сопротивления, вносимого из цепи антенны.

Для минимизации шумов следует выбирать , или, с учетом (4.70),

. (4.0)

При таком увеличении связи ухудшается селективность и возрастает влияние изменений параметров антенны на частоту настройки колебательного контура.

Разумный компромисс для приемников умеренно высоких частот имеет место при условии , откуда с учетом

; (4.0)

.

Шумы ВЦ с настроенной антенной. Расчет шумов входной цепи с настроенной антенной отличается тем, что связь контура с антенной и нагрузкой выбирают из двух условий – согласования по мощности и согласования по минимуму внутренних шумов, т.е. по максимуму отношения сигнал/шум. Для наиболее употребительной схемы с двойной автотрансформаторной связью (рис. 4.18) условие согласования проводимостей нагруженного контура с проводимостью, вносимой антенной, и условие согласования транзистора по минимуму шума (4. 61) образуют систему уравнений [1]

;

, (4.0)

где – входная проводимость транзистора;

–проводимость антенны;

–резонансная проводимость контура.

Отсюда коэффициенты включения

; (4.0)

, (4.0)

где – волновое сопротивление контура.

Поскольку система (4. 72), (4. 73) не определяет заданной неравномерности в пределах полосы пропускания, должна быть произведена дополнительная проверка на выполнение условия

, (4.0)

где эквивалентная добротность контура согласованной входной цепи

. (4.0)

Коэффициент шума определяют по упрощенной формуле

. (4.0)

Коэффициент шума ВЦ с каскадом на полевом транзисторе с p-n переходом в предположении, что током затвора можно пренебречь, а также для транзисторов со структурой МОП

, (4.0)

где (рис. 4.21).

Тепловые шумы в токопроводящем канале характеризуются шумовым сопротивлением

, (4.0)

где S – крутизна характеристики полевого транзистора (1.8).

Коэффициент шума полевых транзисторов на СВЧ ниже, чем у биполярных.

Коэффициент шума всего радиоприемного устройства определяется выражением

, (4.0)

где – затухание входного тракта радиоприемного устройства, равное обратной величине коэффициента передачи от антенны до входной цепи;

–коэффициент шума входной цепи;

–коэффициенты шума последующих за входной цепью устройств;

–коэффициент передачи по мощности входной цепи;

–коэффициенты передачи по мощности последующих за входной цепью устройств.

Выражение (4.81) показывает, что коэффициент шума радиоприемного устройства, а значит, и чувствительность определяется величиной затухания входного тракта, коэффициентом шума и коэффициентом передачи входной цепи, а также коэффициентом передачи по мощности последующего за входной цепью устройства (усилителя).

Коэффициент шума контура с электронной перестройкой частоты на варикапах (рис. 4.19, а и рис. 4.20, б) определяется формулой [25]

, (4.0)

где q = 1,6 – 10^–19 K – заряд электрона;

–обратный ток p-n-перехода;

–резонансное сопротивление контура.

Если в контур включен последовательный конденсатор (рис. 4.19,в и рис. 4.20, а), то коэффициент шума рассчитывается по формуле

, (4.0)

где .

Включение конденсатора приводит к некоторому уменьшению коэффициента шума.